近年来, 城镇化建设进程加快, 人们居住环境在不断改善, 但由于许多建筑不能采用节能的技术、节能的设备等, 建筑能耗十分严重, 已接近全社会总能耗的1/3, 相比工业能耗的减速, 建筑能耗在不断攀升。建筑及住宅产业迅速发展, 已成为国民经济支柱产业, 而由此引发的能源问题已成为关系到社会及经济是否可以保持可持续性发展的重大问题。
建筑外围护结构是反映建筑物各面的围护物, 即和外界空气环境直接接触的部分, 如外围墙体、门窗、屋面等。建筑围护结构保温隔热性能是由组成围护结构的各部材料性能所决定的。材料的保温隔热性能, 通常用传热系数来衡量, 传热系数越大, 保温隔热的效果就越差。建筑节能工程大多数都采用外墙外保温体系, 也有少部分多层建筑采用增加墙体厚度或新墙体材料, 增加墙体保温隔热能量。外墙外保温体系可有效地提高保温隔热性能, 同时还可以解决外墙常见的开裂、渗水等现象, 但由于建筑物的设计使用周期一般都在50年以上, 而建筑围护结构的外保温层的整体作用的使用周期小于50年, 因此, 建筑设计应尽可能地使用轻质、高强度、保温隔热、节能、节地新型墙体材料, 发展新型墙体材料和研究新的墙体构造及砌筑方法, 发展节地、节能、利废、环保的新型墙体材料。
目前我国建筑在建材生产和制造过程中的能耗, 住宅总能耗电量占全国总能耗的37%, 其中我国住宅建设用钢量占全国用钢量的20%, 水泥用量占全国总用量的10.6%。城市建成区用地30%用于住宅建设, 城市水资源的20%左右。我国政府越来越重视建筑节能工作, 最重要的措施之一是2005年的7月1日实施的GB20189-2005《代共建筑节能设计标准》, 按照《标准》进行的建筑节能设计, 在保证相同的室内环境参数条件下, 与未采取节能措施前相比, 全年采暖、通风、空气调节和照明的总能耗应减少50%。
我国节能工作起步较晚, 与发达国家相比, 能源浪费十分严重, 如我国的住宅外墙耗能是他们的4~5倍, 屋顶是他们的2.5~5.5倍, 外窗是他们的1.5~2.2倍, 门窗的空气渗透量是他们的3~6倍, 总耗能是发达国家的3~4倍。1986年8月1日起, 我国曾试行过民用建筑节能设计标准采暖居住建筑部分, 由于是建筑节能起步阶段的标准, 节能率仅为30%, 虽然也起到了一定作用, 促进了各种新型保温复合墙体材料、节能窗及供热技术的应用和发展, 提高了人们的建筑节能意识, 但节能效果仍不够理想。1995年12月, 建设部根据10年来的实施情况, 对上述标准进行了修订, 其基本目标是:通过在建筑设计和采暖设计中采用有效的技术措施, 将采暖能耗从1980~1981年住宅通用设计的基础上节能50%。因此, 我国的建筑节能既有很大的潜力, 任务又非常艰巨。
建筑节能对于促进能源资源节约和合理利用, 缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾, 加快发展循环经济, 实现经济社会的可持续发展, 有着举足轻重的作用。而做好建筑节能工作, 建筑设计工作至关重要, 建筑的节能性能是由多个环节决定的, 包括建筑设计、暖通空调设计、水电设计等建筑节能设计, 还包括建筑材料、建筑构配件、建筑施工、建筑设备安装、工程竣工验收等等。而节能的关键环节在于建筑设计这个首要环节。
当前, 环境设计已成为居住区规划设计中重要的一环。创造对节能有利的气侯条件对建筑节能非常重要, 建筑的总体布局决定了建筑的朝向, 并与基地的通风和热环境状况密切相关, 因此, 适应气候的总体布局是建筑节能的起点。具体措施有:
(1) 在规划设计中, 合理、高效地利用自然通风是节能设计的一个重要手段, 为减少夏季空调运行时间保证不使用空调季节室内的热舒适性, 通过疏导基地和建筑群体通风, 在群体空间布局上采用前后错列、斜列、前疏后密等方式以疏导气流, 并使建筑物处于周围建筑物的气流漩涡区以外。
(2) 注意利用太阳能。太阳能是一种天赐的能源, 节能建筑必须给予极大的重视。比如:在设计中除了南向开窗大一些, 白天获取太阳热之外, 将南向全部布置为主居室, 与南向居室相连的中部设明厅, 北向则为厨房、楼梯间。这样的主居室室温较高, 居民在此可充分享受阳光, 使用也较合理。
(3) 在建筑设计中建筑体形尽量简洁, 减少体形系数, 使体形系数控制在0.3以下。利用建筑体型和建筑能耗之间的关系, 设计出合适美观的创新形体来降低建筑形体来降低建筑能耗水平。
总之, 建筑工程设计要按功能要求合理组合空间造型, 充分考虑建筑体、围护结构对建筑节能的影响, 合理确定冷源、热源的形式和设备性能, 选用成熟、可靠、先进、适用的节能技术、材料和产品。
改善建筑外围护结构的保温性能是建筑设计上的主要节能措施, 在严寒采暖地区尤为重要。应进一步推广空心砖墙及其复合墙体技术, 空心砖墙保温效果优于实心砖墙, 而且可以减少制砖耗能并节约大量耕地;推广加气混凝土和混凝土轻质砌块, 加气混凝土是轻质保温材料, 用于框架结构的填充墙可以减轻建筑自重, 有利于提高建筑的抗震能力。实施JGJ26-1995《民用建筑节有设计标准新标准》, 外墙材料有了很大的改变。增加保温效果, 将承重粘土砖改为承重空心砖, 增加了砖的空隙率, 对保温起到了一定的作用, 但由于施工砖墙体时, 空隙易被砂浆堵住, 难以保证保温效果。墙体改革, 推动了新型墙体材料的发展, 多种节能型墙体应运应生, 主要有以下几种:
(1) 加气混凝土外墙。加气混凝土产品有粉煤灰加气和砂加气2种, 有砌块、条板状, 该类产品本身导热系数小, 是建筑热工性能较好的一种新型墙体材料。
(2) 夹心复合外墙。将墙体分为承重和保护部分, 中间留有20~50mm空隙, 内填无机松散或块状保温材料如炉渣、膨胀珍珠岩等, 也可不填材料做空气层。
(3) 承重空心砌块。它由混凝土和多孔材料组成, 具有高强、承重、保温、节能、导热系数低等特点。
(4) 内保温复合外墙。构造特点与单一材料墙相比, 构造组合合理, 有较高的热绝系数, 能较好地发挥保温材料的作用, 在满足承重要求的前提下, 砖墙可适当减薄。
屋面的节能措施主要有两点, (1) 屋面保温层不宜选用密度较大、导热系数较高的保温材料, 以避免屋面的重量、厚度过大; (2) 屋面保温层不宜选用吸水率较高的保温材料, 以防屋面湿作业时因保温层吸水量大而降低保温效果。若选用吸水率较高的保温材料, 屋面上应设置排气孔, 以排除保温层内不易排出的水分。在南方住宅中, 用架空板隔热也十分普遍。近年来, 坡顶屋面发展较快, 这种屋面便于设置保温层。
设置保温层时, 既可以顺坡顶内铺钉玻璃棉毡或岩棉花毡, 也可在天棚上铺设绝热材料, 还可喷、吹或直接铺设玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩等松散材料作为屋面保温层。为了满足节能要求, 高效保温材料已广泛应用于屋面, 如水泥聚苯板等, 采用该材料保温性能大大提高一般采用内保温。目前正在研究外保温, 即倒置式屋面, 它是将防水层设在保温层之下, 防止防水层直接暴露在大气中受日晒交替冻融等作用老化, 使防水层得到保护, 从而大大提高其耐久性。目前所有保温材料为挤塑聚苯乙烯保温隔热板, 它具有闭孔型结构, 使得材料吸水立和透水率均很小, 压缩强度大, 具有出色的保温隔热性能, 优越的抗压性和很高的抗压强度。这些都符合建筑节能技术发展万向。
屋面的保温隔热性能:屋顶在整个建筑围护结构件所占的比例虽然远低于外墙, 但对顶层房间而言, 却是比例最大的围护结构, 其保温隔热性能的好坏, 直接影响顶层房间的室内热环境与建筑能耗, 与外墙一样, 也应控制传热系数, 采用高效保温材料作为屋面的保护层, 根据保温层的位置分内外保温, 一般屋面大多采用外保温, 传统的做法是保温层设在防水层内, 现在的做法是保温层设在防水层外的倒置式保温屋面, 即提高防水层的耐久性, 又达到保温隔热的效果。
在建筑外围护结构中, 窗户是薄壁的轻质构体, 也是耗热的薄弱环节, 通过门窗缝隙空气渗透耗热量占20%~25%, 普通单层玻璃窗的能量损失约占建筑物冬季保温或夏季降温能耗的50%以上, 所以改善门窗的绝热性能是节能工作的重点。
窗户的节能应区别不同朝向控制窗堵比, 尽量避免东西向开大窗, 以提高窗户的遮阳性能;另一方面应临据空调设备的价格和制冷、采暖费用的比校去确定合适的砂璃品种, 从各种玻璃的太阳能组隔热性和导热性四个方面去比较其节能效果, 选择吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃和中空玻璃等, 以提高玻璃的气密水平。此外, 窗上加贴透明聚酷膜, 也是窗户节能的措施之一。近年来, 聚氟乙烯塑料门窗、单框双玻彩板钢窗和铝合金窗, 以其良好的保温性和气密性, 在民用建筑中得到了较为广泛的应用。
另外窗户是引起辐射热的有利方面, 但又是传热损失冷风渗透损失都比较大的不利方面, 即窗缝透气.玻璃和窗框的热阻太小, 在符合窗墙面积比条件下其节能设计的主要措施有:
(1) 减少冷风渗透, 加设密封条, 提高气密性, 如泡沫聚氨脂, 泡沫聚乙烯等。
(2) 采用传热系数小的窗体材料, 就目前来讲, 采用塑钢门窗, 尽量减少开窗面积, 以及夜间用保温窗帘、窗板等节能措施。
(3) 加强户门保温, 户门采用填有聚苯板或棉板的保温防盗门。门窗的保温隔热性能:在建筑围护结构中, 与墙体、屋面相比, 门窗包括玻璃幕墙) 的热工性能最差, 是影响室内热环境与建筑能耗最主要的因素之一。为改善门窗的保温隔热性能, 可以采用提高门窗的气密性, 控制窗墙面积比, 窗框采用断热金属型材, 增加玻璃层数等措施来提高门窗的保温隔热性能, 另外有效的遮阳设施对降低太阳辐射对建筑能耗的影响。
住宅建筑节能是指在建设住宅时, 从规划建筑设计、营建到管理使用过程中, 树立可持续发展同, 综合运用节能技术, 充分利用太阳能、风能等自然资源, 减少不可再生资源的能砂, 提高能源利用率。我国由于从中基数大, 能源供求关系一直相当紧张, 我国人均能源储藏量及人均能耗都远低于世界平均水平, 可能源浪费和环境污染却特别严惩在这种情况下, 最经济可行的办法就是走可持续发展道路, 节约能源, 而建筑节能又是节能工作中的一个重要领域。
摘要：本文从我国建筑能耗的现状入手, 阐述了从建筑节能设计对于降低建筑能耗, 实现城市建设的可持续发展具有重大意义。
关键词：住宅建筑,节能设计,建筑能耗
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